東北地區(qū)冷渦背景下颮線的統(tǒng)計(jì)特征

李 吉, 諶 蕓, 肖天貴, 朱克云

(1.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610225;2.伊通滿族自治縣氣象局,吉林 四平 130700;3.國家氣象中心,北京 100081;4.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海),廣東 珠海 519082)

0 引言

冷渦是中、高緯度地區(qū)的冷性閉合低壓環(huán)流,在夏季最易發(fā)生,冷渦是引發(fā)中國東北、華北地區(qū)強(qiáng)對流天氣的重要影響系統(tǒng)[1-2]。冷渦是中國北方颮線發(fā)生的常見大尺度天氣背景之一[3]。颮線是呈線狀排列的中尺度對流系統(tǒng),具有發(fā)展速度快、強(qiáng)度大、破壞力強(qiáng)[4]等特點(diǎn)。颮線過境時(shí),風(fēng)速劇增,風(fēng)向急轉(zhuǎn),氣溫驟降,氣壓陡升,常伴有龍卷、短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)、雷暴和冰雹等激烈天氣現(xiàn)象[5]。颮線的中尺度對流特性使得現(xiàn)階段難以對其做到準(zhǔn)確預(yù)報(bào),因此研究東北地區(qū)冷渦背景下颮線的特征有重要意義。

在合適的條件下,冷渦提供的天氣背景和物理?xiàng)l件往往有利于颮線的發(fā)生[6-7]。冷渦南部往往是冷暖空氣的交匯處,冷渦西部有不斷補(bǔ)充南下的冷空氣,不對稱的溫壓結(jié)構(gòu)促使冷渦中心的垂直軸線呈略前傾,為颮線形成提供有利的環(huán)境場和物理?xiàng)l件[8],包括溫壓場不對稱的鋒區(qū)、弱冷空氣入侵、水汽輸送與輻合、層結(jié)不穩(wěn)定的加強(qiáng)、垂直風(fēng)切變等,颮線發(fā)生時(shí)天氣尺度動(dòng)能向中尺度系統(tǒng)轉(zhuǎn)換[7,9-12]。在統(tǒng)計(jì)分析方面,對江淮和華北等地冷渦背景下的颮線過程有一些研究,在颮線的空間分布、時(shí)間變化特征、生命史、移動(dòng)特征、與冷渦的位置關(guān)系和冷渦的發(fā)展階段等方面得到了結(jié)論[13-14]。Bluestein等[15]統(tǒng)計(jì)了俄克拉荷馬州11年的颮線特征,歸納了颮線的4種形成方式;Meng等[16]統(tǒng)計(jì)了2008-2009年中國東部的颮線特征,歸納了颮線的3種消散方式;Parker等[17]利用雷達(dá)資料將颮線的對流組織形式分為3類;Jirak等[18]將中尺度對流系統(tǒng)的組織形式分為16類,其中6類與颮線有關(guān)。丁一匯等[19]將中國颮線發(fā)生的天氣背景分為槽后型、槽前型、高后型和臺風(fēng)倒槽型。Zheng等[20]按發(fā)生環(huán)境將中國中東部的47個(gè)對流系統(tǒng)分為干環(huán)境和濕環(huán)境類型,指出干環(huán)境下的對流系統(tǒng)生命史短,易發(fā)生大風(fēng)和冰雹,而濕環(huán)境下的對流系統(tǒng)生命史長,易發(fā)生強(qiáng)降雨。常見的颮線觸發(fā)機(jī)制主要有海風(fēng)鋒、陣風(fēng)鋒、冷鋒、干線、切變線、輻合線、急流、冷池、雷暴出流邊界、地形抬升、熱力抬升等[9,21-22]。Rotunno等、Weisman等[23-25]提出和驗(yàn)證了颮線長時(shí)間維持的RKW理論,當(dāng)?shù)蛯哟怪憋L(fēng)切變產(chǎn)生的正渦度與冷池產(chǎn)生的負(fù)渦度接近平衡時(shí),冷池前沿較強(qiáng)的上升氣流易形成新對流單體,進(jìn)而易形成長生命史的颮線。陳明軒等[26-27]通過個(gè)例模擬和分析表明RKW理論可用來解釋實(shí)際颮線過程的發(fā)展維持和傳播機(jī)制。高分辨率數(shù)值模式成功模擬過很多颮線的三維結(jié)構(gòu)和發(fā)展[28-32],模擬結(jié)果表明低層垂直風(fēng)切變、水汽含量的分布、大的對流有效位能、邊界層輻合線、凝結(jié)潛熱釋放、近地面冷池和環(huán)境垂直風(fēng)切變的相互作用、后部入流的加強(qiáng)等因素對颮線的形成和維持有一定影響。

目前對于中國京津冀[14]等地區(qū)冷渦背景下颮線的時(shí)空分布、中尺度特征和維持觸發(fā)機(jī)制方面已有一些研究,但對于東北地區(qū)冷渦背景下颮線過程的研究較少且均為個(gè)例分析。本文將統(tǒng)計(jì)分析東北地區(qū)冷渦背景下颮線過程的時(shí)空分布、移動(dòng)特征、形成和消散方式及與冷渦的關(guān)系等,希望提高東北地區(qū)冷渦背景下颮線過程的預(yù)報(bào)能力。

1 資料與定義

采用2016-2019年4-9月多源資料開展統(tǒng)計(jì)分析,主要包括東北地區(qū)高空資料:中國氣象局東北區(qū)域雷達(dá)組合反射率拼圖資料;歐洲中心逐小時(shí)ERA5再分析高空資料,水平分辨率0.25°×0.25°,包括各等壓面層的位勢高度、溫度、風(fēng)等數(shù)據(jù)。

文中的冷渦包括東北冷渦、蒙古冷渦及華北冷渦,并將500 hPa天氣圖上35 °N ～60 °N、85 °E ～145 °E出現(xiàn)閉合等高線,并配合有冷中心或冷槽、持續(xù)時(shí)間在48 h或以上的低壓環(huán)流系統(tǒng)定義為冷渦。同時(shí)根據(jù)500 hPa位勢高度場的演變趨勢對冷渦不同發(fā)展階段進(jìn)行劃分:發(fā)展增強(qiáng)階段為500 hPa閉合等高線值降低至最低值的過程;成熟階段為500 hPa閉合等高線值較前后時(shí)刻增強(qiáng)或減弱趨勢不明顯;減弱消亡階段為閉合等高線值從最低值開始升高[13,33]。

文中的颮線是指在每6 min一次的雷達(dá)拼圖上同時(shí)滿足以下條件:(1)連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)的40 dBZ回波帶大于100 km且持續(xù)3h以上;(2)線性或者準(zhǔn)線性對流區(qū)有一個(gè)明顯的邊界;(3)40 dBZ區(qū)域的長寬比在3∶1以上;(4)鑲嵌有40 dBZ區(qū)域的35 dBZ區(qū)域是嚴(yán)格連續(xù)的[13,16]。本文對于颮線發(fā)展過程的雷達(dá)特征定義如下:形成時(shí)間為連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)的長度大于100 km的40 dBZ回波帶形成的時(shí)候,成熟時(shí)間為颮線的最大長度形成時(shí),消散時(shí)間為雷達(dá)反射率強(qiáng)度減弱小于40 dBZ或回波帶長度小于100 km的時(shí)候。

東北地區(qū)包括黑龍江、吉林和遼寧三省和內(nèi)蒙古呼倫貝爾、通遼、赤峰、興安盟和河北承德、秦皇島構(gòu)成的區(qū)域[34],颮線主體在該范圍內(nèi)的過程都納入統(tǒng)計(jì)范疇。

2 颮線的時(shí)空分布特征

2.1 空間分布

2.1.1 颮線不同發(fā)展階段的地理分布

根據(jù)颮線的定義,普查2016-2019年的中國氣象局東北地區(qū)雷達(dá)拼圖和歐洲中心ERA5數(shù)據(jù)繪制的500 hPa高空天氣圖,在東北地區(qū)共識別出冷渦背景下的颮線24條。由颮線不同發(fā)展階段的劃分標(biāo)準(zhǔn)及其空間分布(圖1)可見:冷渦背景下東北地區(qū)颮線過程南多北少,且颮線的形態(tài)(40 dBZ回波帶)與平原-山區(qū)交界線的走向均為東北-西南向。62.5%颮線在內(nèi)蒙古與東北平原交界處形成。70.8%成熟期颮線,位于東北中部海拔較低的平原地區(qū)和遼寧西部,分布相對集中,且颮線長度較長。75%消亡期颮線,分布在遼寧、吉林中部和長白山地區(qū),颮線移動(dòng)遇山爬坡,動(dòng)力熱力條件變差,逐漸消亡。

圖1 東北地區(qū)冷渦背景下颮線在不同發(fā)展階段的地理分布圖(陰影填色為地形高度,橢圓區(qū)域表示颮線分布密集區(qū)域)

2.1.2 颮線與冷渦的關(guān)系

為研究東北地區(qū)颮線與冷渦的位置關(guān)系,采用動(dòng)態(tài)合成的方法[35-37]將不同時(shí)期500 hPa的高度場、溫度場的合成和颮線與冷渦中心的相對位置關(guān)系繪制在圖2中。動(dòng)態(tài)合成分析的公式為

其中:St(x,y)是t時(shí)刻的高度場和溫度場,t=1;ˉS(x,y)為動(dòng)態(tài)合成后的樣本平均;(x,y)為所選區(qū)域的坐標(biāo),跟隨冷渦中心位置變化;N為樣本總數(shù)。動(dòng)態(tài)合成以500 hPa高度上冷渦位勢高度最低值的位置為合成中心,取正方形區(qū)域進(jìn)行合成。

由圖2可見,不同時(shí)期的颮線都位于冷渦南部,與楊珊珊等[13]、段祥海[14]研究的結(jié)論一致。在颮線的不同時(shí)期,相對于冷渦中心位置的分布比較相似,均在相對于冷渦中心以南0°～15°,東西向-20°～20°的矩形區(qū)域內(nèi)。形成和成熟期的颮線大都在冷渦中心正南下方10°×15°的范圍內(nèi)(圖中綠方框),西南為兩個(gè)集中區(qū),東南部相對比較集中。消亡期的颮線更加分散,主要在冷渦的東西兩側(cè)。冷渦南部通常是冷暖空氣的交匯處,低層有西南氣流輸送暖濕空氣,高空有冷空氣從冷渦西部補(bǔ)充南下,形成上干下濕的層結(jié)不穩(wěn)定條件,可以為颮線形成提供有利的背景環(huán)境場[7,13]。

圖2 颮線在不同時(shí)期與冷渦中心的相對位置關(guān)系

圖2中的坐標(biāo)原點(diǎn)為冷渦合成中心,橫縱坐標(biāo)為相對冷渦中心的經(jīng)緯度,黑色等值線表示500 hPa高度場動(dòng)態(tài)合成,紅色斷點(diǎn)等值線表示500 hPa溫度場動(dòng)態(tài)合成,紫色線條表示颮線相對于冷渦中心的位置,方框表示颮線分布密集區(qū)域。

按照冷渦不同發(fā)展階段的定義[13,33]將冷渦分為發(fā)展增強(qiáng)、成熟和減弱消亡階段,統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):在冷渦發(fā)展增強(qiáng)和成熟階段形成的颮線較多,各有9條;在冷渦減弱消亡階段也有6條颮線生成,在日常的預(yù)報(bào)中要特別加以重視。這與前人在其他地區(qū)的研究結(jié)論[13-14]相似,在冷渦的發(fā)展增強(qiáng)和成熟階段,高空冷空氣更為強(qiáng)盛,配合低層的暖濕空氣和適當(dāng)?shù)挠|發(fā)機(jī)制更易產(chǎn)生颮線等中尺度對流系統(tǒng)。在冷渦減弱階段,當(dāng)冷渦外圍冷空氣南侵且低層有暖濕區(qū)配合,地面輻合線觸發(fā)初始對流,垂直風(fēng)切變將初始對流進(jìn)行組織化,也有產(chǎn)生颮線的可能[14]。

2.2 時(shí)間變化特征

2.2.1 年變化和月變化

東北地區(qū)冷渦背景下產(chǎn)生的24條颮線中2017年最多有9條(圖3中的橙色),2018年最少只有4條(圖3中的綠色),其他年份的颮線數(shù)量在5～6條。

圖3 颮線的年際變化和月變化特征

颮線多發(fā)生在9月、7月和6月,其中9月最多(11條,約45.8%),7月次之(4條,約16.7%),6月3條(約12.5%)。與前人[13-14]對其他地區(qū)冷渦背景下颮線發(fā)生頻次最多為7月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果有所不同,且9月11條颮線在各年發(fā)生頻次比較均勻,也沒有明顯的年變化。圖4將7月和9月的颮線所在位置和颮線所在時(shí)刻的500 hPa動(dòng)態(tài)合成形勢場進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),9月最北的颮線位置在黑龍江省中部,而7月最北的颮線位置在黑龍江省南部,9月的颮線比7月的颮線出現(xiàn)在更北,且9月颮線的整體位置距離500 hPa動(dòng)態(tài)合成的高度場中心更近。9月的高度場中心較7月偏南4°偏東2°,9月的高度場中心5500 gpm比7月的高度場中心5640 gpm更強(qiáng),9月的高度場等值線分布更密集、位勢梯度更大,且9月冷渦對應(yīng)冷中心的強(qiáng)度為-22℃強(qiáng)于7月冷中心的強(qiáng)度-12℃,這種環(huán)流形勢的明顯差異可能是導(dǎo)致9月東北地區(qū)冷渦背景下的颮線偏多的原因之一,其他原因有待進(jìn)一步深入分析。

圖4 7月和9月的颮線所在位置和500 hPa動(dòng)態(tài)合成形勢場(黑色等值線表示500 hPa高度場動(dòng)態(tài)合成,紅色斷點(diǎn)等值線表示500 hPa溫度場動(dòng)態(tài)合成,紫色線條表示颮線在成熟期的地理位置)

2.2.2 日變化

由東北地區(qū)冷渦背景下不同時(shí)期颮線的逐小時(shí)日變化特征(圖5)可見:該地區(qū)冷渦背景下的颮線具有明顯的日變化特征,多于午后至凌晨發(fā)生,上午最少。主要在13-19時(shí)(14條,約58.3%)形成,19時(shí)最多;在15-21時(shí)(15條,約62.5%)成熟,20時(shí)最多;在16-24時(shí)(16條,約66.7%)消亡,22時(shí)最多。與前人對其他地區(qū)的研究結(jié)果[13-14]對比,颮線成熟和消亡最多的時(shí)刻相近,但形成最多的時(shí)刻稍晚。這可能是因?yàn)闁|北地區(qū)緯度較高,太陽輻射強(qiáng)度弱于前人研究的地區(qū),需要相對更長的時(shí)間在白天積累地表熱量和能量,因此颮線形成的時(shí)間整體較晚。還可能與冷渦在東北地區(qū)的發(fā)展階段特征、東北平原地區(qū)較多地形觸發(fā)條件偏少或者颮線與冷渦的相互作用有關(guān),還需后續(xù)做進(jìn)一步的分析。

圖5 東北地區(qū)冷渦背景下不同時(shí)期颮線的逐小時(shí)變化特征(箭頭表示颮線形成、成熟和消亡最多的時(shí)次)

2.2.3 生命史和最大強(qiáng)度

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)該地區(qū)冷渦背景下的颮線的生命史為3～8 h,大都為3～5 h(17條,70.8%),與 Meng等[16]中國東部颮線有64.8%的生命史在3～5 h結(jié)論相似。最大強(qiáng)度在50～60 dBZ,只有4條颮線的最大強(qiáng)度為60 dBZ,與前人對其他地區(qū)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[13,16]大多數(shù)颮線的最大強(qiáng)度在60 dBZ左右相比略偏弱。颮線的生命史與最大強(qiáng)度沒有必然聯(lián)系,生命史更長的颮線對應(yīng)的最大強(qiáng)度沒有更強(qiáng)。

在颮線生命史相對較短(3～5 h)的17條颮線中發(fā)生在冷渦發(fā)展增強(qiáng)和成熟階段的各有6條;發(fā)生在冷渦減弱消亡階段的有5條(占29%),略多于全部樣本中冷渦減弱消亡階段發(fā)生的颮線比例(25%)。颮線的生命史大于7 h的3條颮線發(fā)生在冷渦發(fā)展增強(qiáng)(8 h)、成熟(7 h)和消亡階段(8 h)的各1條。颮線生命史為3～5 h的17條颮線成熟時(shí)間多在14-24時(shí)(北京時(shí)間),僅有2條在2時(shí)和4時(shí)成熟;颮線的生命史大于7 h的3條颮線中2條的成熟時(shí)間在4-6時(shí)(北京時(shí)間),另外1條在19時(shí)成熟?？梢园l(fā)現(xiàn),生命史較長的颮線成熟時(shí)間相對較晚,可能是由于生命史更長的颮線需要更長的時(shí)間進(jìn)行熱量積累。

圖6 颮線的生命史及強(qiáng)度特征

3 颮線的移動(dòng)特征

依據(jù)颮線不同時(shí)期的定義,將颮線形成、成熟、消亡時(shí)刻颮線中心位置點(diǎn)繪在圖中并連接,就得到了圖7(a)的颮線移動(dòng)路徑。大部分颮線的移動(dòng)方向接近于直線,形成、成熟、消亡時(shí)期的移動(dòng)方向一致,只有小部分颮線在不同時(shí)期有不同的移動(dòng)路徑。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)(圖7b):大部分颮線的移動(dòng)方向在東到東南之間,東南東方向移動(dòng)的颮線最多(8條,占1/3左右),其次是向東和東南移動(dòng)的各10條,各占1/5左右。由颮線中心的移動(dòng)速度(表1)可見:在6～25 m/s,平均移動(dòng)速度為14.1 m/s。颮線中心移動(dòng)速度在6～15 m/s的颮線最多,共有16條,占總樣本的2/3。

表1 颮線中心的移動(dòng)速度 單位:m/s

颮線中心移動(dòng)速度在6～15 m/s的16條颮線中,發(fā)生在冷渦維持階段的颮線略多有6條,在冷渦發(fā)展增強(qiáng)和減弱消亡階段各5條。颮線中心的移動(dòng)速度較快在21～25 m/s的3條颮線有2條發(fā)生在冷渦維持階段,1條發(fā)生在減弱階段。冷渦不同發(fā)展階段下生成颮線的中心移動(dòng)速度有所差異:冷渦發(fā)展增強(qiáng)和成熟階段的平均移動(dòng)速度較快為14～15 m/s,減弱消亡階段的平均移動(dòng)速度較慢為12.8 m/s。

圖7(a)中三角表示颮線形成位置,圓圈表示颮線成熟位置,十字表示颮線消散位置,陰影表示地形高度,箭頭表示颮線的主要移動(dòng)方向。

圖7 颮線的移動(dòng)路徑和移動(dòng)方向

4 颮線的形成和消散方式

Bluestein等[15]將颮線的形成方式分為4種:斷續(xù)線型(broken line,BL)、后續(xù)線型(back building,BB)、離散區(qū)線型(broken areal,BA)、嵌套區(qū)線型(embedded areal,EA),4種方式的理想化示意圖如圖8(a)所示。孟智勇等[16]將颮線的消散方式分為3種:倒虛線型(reversed broken line,RBL)、收縮線型(shrinking line,SL)、顛倒破碎面型(reversed broken areal,RBA),3種方式的理想化示意圖如圖8(b)所示。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),對東北地區(qū)冷渦背景下的24條颮線進(jìn)行劃分,結(jié)果如圖9所示:形成方式最多為BL型(11條),其次為BA型(6條),還有5條BB型和2條EA型。颮線的消散方式最多為RBL型(10條),其次為SL型(9條),還有5條RBA型。在形成方式最多的BL型颮線中以RBL型消散的最多,占到一半以上(54.5%);BA型形成方式的颮線中以RBL型消散的最多,占到一半;BB型的颮線中以RBA型消散的最多占60%。消散方式中的RBL型和RBA型是形成方式中的BL型和BA型的近似相反形式,而在形成方式為BA型的颮線中并不是RBA型的消散方式占比最多,所以颮線的消散方式并不一定是形成方式的相反方式,這與孟智勇等[16]的研究結(jié)果結(jié)論一致。

圖8 颮線形成方式和消散方式理想化示意圖

圖9 颮線形成方式(BL、BB、BA、EA)和消散方式(RBA、SL、RBL)的統(tǒng)計(jì)

圖10按照颮線的形成方式分類統(tǒng)計(jì)了24條颮線成熟時(shí)刻的雷達(dá)回波圖,發(fā)現(xiàn)以BL型形成的颮線最大長度差異較大,以BB型形成的颮線普遍比較窄,以BA型形成的颮線有寬有窄,以EA型形成的颮線普遍比較寬。BL型形成的颮線中,成熟于吉林和黑龍江的較多,各4條,另外3條成熟于遼寧及遼寧與內(nèi)蒙古邊界。BB型形成的颮線中,成熟于遼寧及遼寧與內(nèi)蒙古邊界的颮線較多有4條,另外2條成熟于吉林。BA型形成的颮線中,成熟于遼寧的最多有3條,有2條主體成熟于吉林,有1條主體成熟于黑龍江。EA型形成的颮線中,成熟于遼寧和吉林的颮線各1條。

圖10 24條颮線成熟時(shí)刻雷達(dá)回波圖(彩色方框表示颮線的不同形成方式,黑色方框表示颮線所在位置)

圖11為東北地區(qū)冷渦背景下颮線形成方式示意圖。其中圖11(a)～(c)是2017年4月17日一次在遼寧沈陽、鐵嶺和吉林四平生成的斷續(xù)線型(BL)颮線過程,圖11(a)沿輻合帶有接近直線排列的小的對流單體生成,單體強(qiáng)度在35 dBZ左右,圖11(b)中這些單體增強(qiáng)、面積擴(kuò)大且部分連在一起,且有少數(shù)新單體沿對流帶生成,圖11(c)中每個(gè)單體繼續(xù)發(fā)展增強(qiáng),連成一條颮線。圖11(d)～(f)為2017年4月17日在河北秦皇島和遼寧葫蘆島沿海形成的一次后續(xù)線型(BB)颮線過程,圖11(d)中秦皇島沿海有線性的對流單體和一個(gè)小的塊狀對流單體,圖11(e)中線性對流單體向東發(fā)展增強(qiáng),圖11(f)中線狀對流繼續(xù)向東沿海發(fā)展增強(qiáng)與塊狀對流單體連在一起形成颮線。颮線在形成過程中一直沿著海岸線發(fā)展,海陸風(fēng)輻合提供的水汽和動(dòng)力條件可能是該颮線形成的有利條件。圖11(g)～(i)是2017年6月3日在遼寧東部和吉林南部形成的一次離散區(qū)線型(BA)颮線,圖11(g)中有大片零星的對流單體,圖11(h)中在中尺度系統(tǒng)的組織下,對流單體有呈東北-西南向線狀排列的趨勢,在圖11(i)中帶狀對流區(qū)域外的單體減弱消散,帶狀對流區(qū)域內(nèi)的單體繼續(xù)加強(qiáng)連在一起形成颮線。圖11(j)～(l)為2016年9月14日在吉林省西部生成的一次嵌套區(qū)線型(EA)颮線過程,圖11(j)中有大片30～40 dBZ的降水回波,圖11(k)降水回波內(nèi)部強(qiáng)度較大的對流開始組織化形成間斷的線狀,圖11(l)中降水回波前側(cè)形成強(qiáng)度45～50 dBZ的連續(xù)線狀對流,颮線形成。

圖11 東北地區(qū)冷渦背景下颮線的形成方式示意圖

分析發(fā)現(xiàn)BL型和BA型的形成方式有將對流單體組織化連成颮線的過程,東北地區(qū)冷渦背景下以BL型和BA型方式形成的颮線共有17條,占颮線樣本的71%。孟智勇等[16]對2008-2009年中國東部的96條颮線統(tǒng)計(jì)表明BL型和BA型方式形成的颮線共有55條,占颮線樣本的57%。冷渦背景下以BL型和BA型方式形成的颮線比例更高,可能是由于冷渦可以對颮線的組織化過程起到一定作用,更有利于颮線以BL型和BA型的方式形成。

圖12為東北地區(qū)冷渦背景下颮線消散方式示意圖。其中圖12(a)～12(c)是2016年7月24日在黑龍江哈爾濱和牡丹江之間以倒虛線型(RBL)消散的颮線,圖12(a)中颮線為連續(xù)的線狀對流,圖12(b)中颮線分散成幾個(gè)強(qiáng)度減弱的對流塊,圖12(c)中對流塊強(qiáng)度和面積繼續(xù)減弱且部分消散。圖12(d)～(f)為2018年9月28日在內(nèi)蒙古通遼市以收縮線型(SL)消散的颮線,圖12(d)中颮線為連續(xù)的線狀對流,圖12(e)中對流帶收縮變窄,圖12(f)中東南側(cè)對流均消散。圖12(g)～(i)是2017年8月12日主體在吉林省中西部以顛倒破碎面型(RBA)消散的颮線,圖12(g)中颮線南部兩側(cè)有分散的對流單體出現(xiàn),圖12(h)中分散的對流單體數(shù)量增加且颮線主體有斷裂分散的趨勢,在圖12(i)中颮線中部和北部也開始斷裂分散,颮線消散。

圖12 東北地區(qū)冷渦背景下颮線的消散方式示意圖

5 結(jié)論與討論

利用雷達(dá)拼圖資料和500 hPa高空天氣圖資料對東北地區(qū)冷渦背景下的颮線過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出以下主要結(jié)論。

(1)冷渦背景下的颮線空間分布南多北少,與平原-山區(qū)交界線的走向一致呈東北-西南向分布。多形成在山區(qū)和平原的地形過渡地帶;成熟在東北平原和遼寧西部,分布相對集中;消亡在東北平原的東部和長白山地區(qū)。在颮線的任何時(shí)期,都位于冷渦中心的南部;在颮線的不同時(shí)期,相對于冷渦中心的位置差異不大,均在相對于冷渦中心以南0°～15°,東西向-20°～20°的矩形區(qū)域內(nèi)。在冷渦發(fā)展增強(qiáng)和成熟階段形成的颮線較多,而且在冷渦的減弱消亡階段也有多條颮線產(chǎn)生。

(2)東北地區(qū)冷渦背景下的颮線有明顯的日變化,多發(fā)生于午后至凌晨,上午最少。主要在13-19時(shí)(14條,約58.3%)形成,19時(shí)最多;在15-21時(shí)(15條,約62.5%)成熟,20時(shí)最多;在16-24時(shí)(16條,約66.7%)消亡,22時(shí)最多。颮線的生命史為3～8 h,大多數(shù)颮線生命史長度在3～5 h,生命史較長的颮線成熟時(shí)間相對較晚。颮線的最大強(qiáng)度在50～60 dBZ,最大強(qiáng)度為55 dBZ的颮線最多。

(3)大部分颮線的移動(dòng)方向接近于直線,形成、成熟、消亡時(shí)期的移動(dòng)方向一致,只有小部分颮線在不同時(shí)期有不同的移動(dòng)路徑。移動(dòng)方向多在東到東南之間,其中東南東方向移動(dòng)的颮線最多,占統(tǒng)計(jì)樣本的1/3。颮線中心的移動(dòng)速度在6～25 m/s,平均移動(dòng)速度為14.1 m/s。移動(dòng)速度在6～15 m/s的颮線最多,占統(tǒng)計(jì)樣本的2/3。冷渦發(fā)展增強(qiáng)和成熟階段的颮線平均移動(dòng)速度較快,冷渦減弱消亡階段的颮線平均移動(dòng)速度略慢。

(4)颮線的形成方式BL型最多占45.8%,消散方式RBL型最多占41.7%。在形成方式最多的BL型颮線中以RBL型消散的最多,占到一半以上(54.5%);BA型形成方式的颮線中以RBL型消散的最多,占到一半;BB型的颮線中以RBA型消散的最多占60%。颮線的消散方式并不一定是形成方式的相反方式。冷渦背景下以BL型和BA型方式形成的颮線比例更高,可能與冷渦對颮線的組織化過程有一定關(guān)系。以BL型形成的颮線最大長度差異較大,以BB型形成的颮線普遍比較窄,以BA型形成的颮線有寬有窄,以EA型形成的颮線普遍比較寬。

本文針對東北地區(qū)冷渦背景下颮線過程的時(shí)空分布、移動(dòng)特征、形成和消散方式及其與冷渦的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,而颮線引發(fā)的強(qiáng)對流天氣及其分類特征也是值得深入研究的內(nèi)容,這些問題將在今后進(jìn)行探討和解決。